據(jù)外媒報(bào)道，日本國立材料研究所國際材料納米建筑學(xué)部門的獨(dú)立科學(xué)家Liwen Sang（也是日本科學(xué)振興機(jī)構(gòu)PRESTO研究員）研發(fā)了一款MEMS諧振器，通過調(diào)節(jié)氮化鎵（GaN）熱引發(fā)的應(yīng)力，即使在高溫下，也可穩(wěn)定工作。

在硅基底上制備GaN外延膜（圖片來源：日本科學(xué)振興機(jī)構(gòu)）

高速、大容量的第五代移動(dòng)通信系統(tǒng)（5G）需要高度精確的同步技術(shù)，為此，需要使用高性能的頻率參考振蕩器用作定時(shí)設(shè)備，產(chǎn)生固定周期的信號(hào)，以平衡時(shí)間穩(wěn)定性和時(shí)間分辨率。傳統(tǒng)的石英諧振器作為振蕩器時(shí)，集成能力差，應(yīng)用有限。盡管微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）諧振器可實(shí)現(xiàn)高時(shí)間分辨率、相位噪音小以及優(yōu)越的集成能力，此種基于硅（Si）的MEMS系統(tǒng)在溫度較高時(shí)，穩(wěn)定性會(huì)比較差。
 

在此次研究中，研究員采用了金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積技術(shù)（MOCVD）在硅基底上制備了高質(zhì)量的GaN外延膜，以打造GaN諧振器。研究員提出利用應(yīng)力設(shè)計(jì)來改善時(shí)間性能，其中應(yīng)力主要來源于GaN和硅基底上的晶格失配和熱失配。因此，GaN可直接在硅基底上生長，無需任何去除應(yīng)力層。通過在MOCVD生長過程中優(yōu)化降溫方法，研究員沒有在GaN上發(fā)現(xiàn)裂痕，而且發(fā)現(xiàn)其與采用超晶格去除應(yīng)力層的傳統(tǒng)方法制成的GaN相比，晶體質(zhì)量相當(dāng)。
 

該款基于GaN制成的MEMS諧振器已被證明可在600色溫（600K）下穩(wěn)定工作，而且當(dāng)溫度增加時(shí)，仍具有很高的時(shí)間分辨率和很好的時(shí)間穩(wěn)定性，且頻移較小。這是因?yàn)閮?nèi)部的熱應(yīng)力補(bǔ)償了頻移，并且減少了能量耗散。由于該款設(shè)備尺寸小、靈敏度高，而且能夠與CMOS技術(shù)集成在一起，有望應(yīng)用于5G通信、物聯(lián)網(wǎng)（IoT）計(jì)時(shí)設(shè)備、車載應(yīng)用以及高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）等領(lǐng)域。